JP2007198999A - Monitor device for piston and monitor method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ピストン等の異常を検出するピストンの監視装置及びその監視方法に関するものである。 The present invention relates to a piston monitoring device that detects an abnormality of a piston or the like and a monitoring method thereof.
一般的に、内燃機関のピストン等を検査する一例としては、主機及び内燃機関の停止時に所定の観察窓を外し、シリンダライナの掃気ポートを介してピストンクラウン、ピストンリングを観察すると共にシリンダライナを観察するものがある。 In general, as an example of inspecting a piston or the like of an internal combustion engine, a predetermined observation window is removed when the main engine and the internal combustion engine are stopped, a piston crown and a piston ring are observed through a scavenging port of the cylinder liner, and a cylinder liner is There is something to observe.
又、他の例としては、主機及び内燃機関の停止時に、機関内に人が入り込んで目視によりピストンリング等を観察・計測するものや、ピストンを取り外して目視によりピストンリング等を観察・計測するものがある。 As another example, when the main engine and the internal combustion engine are stopped, a person enters the engine and visually observes and measures the piston ring and the like, or the piston is removed and visually observed and measured. There is something.
更に、別の例としては、内燃機関の運転中に、シリンダライナの温度を温度センサ等により計測し、間接的にシリンダライナとピストンリングの摺動に異常がないか監視するものがある。 As another example, during operation of the internal combustion engine, the temperature of the cylinder liner is measured by a temperature sensor or the like, and indirectly monitored for abnormalities in the sliding of the cylinder liner and the piston ring.
なお、内燃機関の運転中に、センサ等によりピストンの温度やピストンリングの磨耗状態を計測する装置や方法としては特許文献1、2に記載のものがある。
しかしながら、上述の如き、内燃機関の運転中にピストンの状態を検査する装置や方法は、センサ等を介して間接的に観察するものであるため、運転中のピストンを直接認識することができず、運転中のピストンの観察、計測、監視が著しく制限されるという問題があった。又、内燃機関の運転中には、ピストンが常に高速で運動しているため、長時間、同一箇所を継続的に同一のタイミングで観察することができないという問題があった。 However, since the apparatus and method for inspecting the state of the piston during the operation of the internal combustion engine as described above are for indirect observation through a sensor or the like, the piston during operation cannot be directly recognized. There is a problem that observation, measurement and monitoring of the piston during operation are significantly limited. Further, during the operation of the internal combustion engine, the piston is constantly moving at a high speed, so that there is a problem that the same part cannot be observed continuously at the same timing for a long time.
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、内燃機関の運転中のピストンを直接認識するピストンの監視装置及びその監視方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a piston monitoring apparatus and a monitoring method for directly recognizing a piston during operation of an internal combustion engine.
本発明は、内燃機関の掃排気ポートからピストンを照らす照明手段と、内燃機関の掃排気ポートを介してピストンを撮影する撮影手段と、撮影のタイミングを内燃機関の運動に同期させる調整手段と、前記撮影手段からの画像情報を処理する処理手段とを備え、前記内燃機関の運転中に掃排気ポートを通してピストンを認識するよう構成したことを特徴とするピストンの監視装置、に係るものである。 The present invention includes an illumination unit that illuminates the piston from the scavenging and exhausting port of the internal combustion engine, an imaging unit that images the piston through the scavenging and exhausting port of the internal combustion engine, and an adjustment unit that synchronizes the timing of imaging with the motion of the internal combustion engine, And a processing unit that processes image information from the photographing unit, and is configured to recognize the piston through a scavenging / exhaust port during operation of the internal combustion engine.
本発明において、ピストンを観察するための透過窓と、該透過窓の汚れを除去する掃除手段とを備えても良い。 In this invention, you may provide the permeation | transmission window for observing a piston, and the cleaning means which removes the dirt of this permeation | transmission window.
本発明において、撮影のタイミングを調整し、ピストンの監視位置を変更し得るように構成しても良い。 In this invention, you may comprise so that the timing of imaging | photography can be adjusted and the monitoring position of a piston can be changed.
本発明において、処理手段は、画像情報からピストンリングの合口寸法を計測するように構成しても良いし、又、処理手段は、運転機関の停止時の画像情報と、運転機関の運転時の画像情報とを比較してピストンリングの平均温度を算出するように構成しても良い。 In the present invention, the processing means may be configured to measure the joint size of the piston ring from the image information, and the processing means may include image information when the driving engine is stopped and information when the driving engine is operating. The average temperature of the piston ring may be calculated by comparing with image information.
本発明において、撮影手段は、ピストンリング、ピストンクラウン、シリンダライナを撮影するように構成しても良いし、ガスブローを観察するように構成しても良いし、更に、ピストン又はガスブローの異常により警告情報を発令するように構成しても良い。 In the present invention, the photographing means may be configured to photograph the piston ring, the piston crown, and the cylinder liner, or may be configured to observe gas blow, and further, a warning is given due to abnormality of the piston or gas blow. You may comprise so that information may be issued.
本発明は、内燃機関のピストンを照らすと共に内燃機関の運動に同期させて撮影し、撮影した画像情報を処理してピストンを認識することを特徴とするピストンの監視方法、に係るものである。 The present invention relates to a piston monitoring method characterized by illuminating a piston of an internal combustion engine and taking a picture in synchronization with the movement of the internal combustion engine and processing the taken image information to recognize the piston.
本発明において、ピストンを観察するための透過窓を備え、該透過窓の汚れを除去しても良い。 In the present invention, a transmission window for observing the piston may be provided, and dirt on the transmission window may be removed.
本発明において、撮影のタイミングを調整し、ピストンの監視位置を変更しても良い。 In the present invention, the monitoring timing of the piston may be changed by adjusting the shooting timing.
本発明において、画像情報からピストンリングの合口寸法を計測しても良いし、運転機関の停止時の画像情報と、運転機関の運転時の画像情報とを比較してピストンリングの平均温度を算出しても良い。 In the present invention, the piston ring abutment size may be measured from the image information, and the average temperature of the piston ring is calculated by comparing the image information when the driving engine is stopped and the image information when the driving engine is operating. You may do it.
本発明において、ピストンリング、ピストンクラウン、シリンダライナを撮影しても良いし、ガスブローを観察しても良いし、ピストン又はガスブローの異常により警告情報を発令しても良い。 In the present invention, the piston ring, piston crown, and cylinder liner may be photographed, gas blow may be observed, and warning information may be issued due to an abnormality in the piston or gas blow.
上記した本発明のピストンの監視装置及びその監視方法によれば、照明手段により内燃機関のピストンを照らすと共に内燃機関の運動に同期させて撮影手段によりピストンを撮影し、撮影した画像情報を処理手段により処理するので、内燃機関の運転中にピストンを直接認識し、運転中のピストンの観察、計測、監視を容易に行うことができる。又、内燃機関の運転中によりピストンが高速で運動している場合であっても、調整手段により撮影のタイミングを内燃機関の運動に同期させるので、長時間、同一箇所を継続的に同一のタイミングで観察することができるという優れた効果を奏し得る。 According to the above-described piston monitoring apparatus and monitoring method of the present invention, the illumination means illuminates the piston of the internal combustion engine, synchronizes with the motion of the internal combustion engine, images the piston by the imaging means, and processes the captured image information. Therefore, it is possible to directly recognize the piston during operation of the internal combustion engine and easily observe, measure, and monitor the piston during operation. Even when the piston is moving at a high speed during operation of the internal combustion engine, the adjustment timing is used to synchronize the shooting timing with the movement of the internal combustion engine. It is possible to achieve an excellent effect of being able to observe with
以下本発明のピストンの監視装置を実施する形態を図面を参照しつつ説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a piston monitoring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図3は本発明を実施する形態例であり、以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 1 to 3 show embodiments of the present invention, and embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
ピストンの監視装置は、ユニフロー型の内燃機関に適用されるものであって、シリンダライナ1の掃気ポート(掃排気ポート)2に対向するよう掃気管等の壁面3に取り付けられる透過窓4と、シリンダライナ1の掃気ポート(掃排気ポート)2に向かうよう透過窓4の後方(反内燃機関側)に配置される照明手段5と、シリンダライナ1の掃気ポート(掃排気ポート)2に向かうよう透過窓4の後方(反内燃機関側)に配置される撮影手段6と、照明手段5の発光と撮影手段6の撮影とを調整するタイミングコントローラ7等の調整手段8と、撮影手段6からの画像情報を処理するPCや解析装置等の処理手段9とを備えている。
The piston monitoring device is applied to a uniflow-type internal combustion engine, and has a transmission window 4 attached to a wall surface 3 such as a scavenging pipe so as to face a scavenging port (scavenging / exhaust port) 2 of a
透過窓4は、ガラス板で円盤状に形成されており、透過窓4の中心には、透過窓4の汚れを除去する掃除手段10を備えている。掃除手段10は、透過窓4の前方面(内燃機関側面)で透過窓4の径方向に延在するワイパ11と、ワイパ11を透過窓4の周方向に沿って回転させるよう透過窓4の後方(反内燃機関側)に備えられるモータ等のワイパ駆動部12とからなり、ワイパ11の回転により透過窓4の汚れを除去するように構成されている。ここで、透過窓4の配置場所は、シリンダライナ1の掃気ポート2に対向するように配置されるならば特に限定されるものではない。
The transmission window 4 is formed in a disk shape with a glass plate, and a cleaning means 10 for removing dirt on the transmission window 4 is provided at the center of the transmission window 4. The cleaning means 10 includes a
照明手段5は、掃除手段10のワイパ駆動部12と略平行に配置されるストロボスコープ13と、ストロボスコープ13を制御するストロボスコープコントローラ14とを備えており、ストロボスコープコントローラ14はタイミングコントローラ7に接続されている。なお、照明手段5は、本発明の目的を達するならばストロボスコープ13に限定されるものでなく、他のものでも良い。
The
撮影手段6は、掃除手段10のワイパ駆動部12及び照明手段5のストロボスコープ13と略平行に配置されるCCDカメラ15と、CCDカメラ15に接続されてCCDカメラ15を制御するCCDカメラコントローラ16と備えており、CCDカメラコントローラ16は、タイミングコントローラ7に接続されている。なお、撮影手段6は、本発明の目的を達するならば、撮影した画像情報をアナログで処理するアナログカメラでも良いし、撮影した画像情報を内部でデジタル化するデジタルカメラでも良い。又、図1に示す如く、撮影手段6のCCDカメラコントローラ16には、撮影画像を連続的に記録し得るようにビデオレコーダ等の記録手段17を接続しても良い。
The photographing means 6 includes a
調整手段8は、タイミングコントローラ7に内燃機関の運動の信号を送るよう、内燃機関のはずみ車18等に取り付けられたターゲット19と、ターゲット19を介して内燃機関の運動を検出する近接スイッチ20とを備え、タイミングコントローラ7は、近接スイッチ20の信号に基づいて照明手段5のストロボスコープコントローラ14及び撮影手段6のCCDカメラコントローラ16へ信号を発し、照明手段5のストロボスコープ13による発光や、撮影手段6のCCDカメラ15による撮影を、内燃機関の運転に同期させるようにしており、具体的には、機関一回転あたり一回の信号に基づいて毎回転ごとに同じクランク角度で発光及び撮影を行うようにしている。又、調整手段8のタイミングコントローラ7にはマニュアルの調整部21を備え、照明手段5のストロボスコープ13による発光の間隔や、撮影手段6のCCDカメラ15による撮影のタイミングをマニュアルにより調整し得るようになっている。
The adjustment means 8 includes a
PCや解析装置等の処理手段9は、CCDカメラコントローラ16に接続されてCCDカメラ15より撮影した撮影画像を処理し、更に処理した情報に基づいてピストンクラウン22、ピストンリング23、シリンダライナ1、ガスブロー(図示せず)を監視するようになっている。又、PCや解析装置等の処理手段9には、ピストンクラウン22、ピストンリング23、シリンダライナ1の状態を表示するモニタ24を備えると共に、ピストンクラウン22、ピストンリング23、シリンダライナ1、ガスブローの異常を検出した際に、アラームや警告表示等の警告情報を発する警告手段25を備えている。更に、PCや解析装置等の処理手段9では、CD等の記録媒体やハードディスク等の記録手段により撮影画像を保存し得るようになっている。
A processing means 9 such as a PC or an analysis device is connected to the
以下、本発明の実施のピストンの監視方法の形態例を説明する。 Hereinafter, embodiments of the piston monitoring method according to the present invention will be described.
ピストンの監視方法は、上述のピストンの監視装置を用いることにより、ユニフロー型の内燃機関の運転中で、ピストンクラウン22及びピストンリング23が掃気ポート2の所定位置に到達した際に、照明手段5のストロボスコープ13を発光して透過窓4及び掃気ポート2を介しピストンクラウン22及びピストンリング23を照らし、同時に、撮影手段6のCCDカメラ15で撮影してピストンクラウン22、ピストンリング23、更に掃気ポート2の周囲のシリンダライナ1の画像情報を取得し、ピストンクラウン22、ピストンリング23、シリンダライナ1を認識する。ここで、ピストンの監視装置は、シリンダライナ1の掃気ポート2側に配置されることにより、燃焼ガスの掃気室(図示せず)へのガスブロー(吹き返し)をも観察している。なお、ピストンクラウン22、ピストンリング23、シリンダライナ1のみを観察する場合には、掃気ポートを通して観察するのみならず、排気ポートを通して観察するようにしても良い。
The piston monitoring method uses the above-described piston monitoring device, so that when the
続いて撮影画像の取得により、処理手段9は、撮画像情報をモニタ24等に表示し、ピストンクラウン22へのカーボンの付着状況等による運転期間中のピストンクラウン22の状態変化や、傷、折損、コーティングの剥離等のピストンリング23の異常を直接、観察、監視する。更に、ピストンクラウン22、ピストンリング23、シリンダライナ1、ガスブローに異常を検出した際には警告手段25により異常の発生を発令する。
Subsequently, by acquiring the photographed image, the processing means 9 displays the photographed image information on the
ここで、処理手段9には、図2のフローに示す処理方法があり、この処理方法では、運転機関の運転中の撮影画像を取得(ステップS1)した後に、画像情報を画像処理(ステップS2)してピストンリング23の合口寸法(継目寸法)23aを計測し(ステップS3)、合口寸法23aの変化によりピストンリング23の磨耗量を算出する(ステップS4)。更に、ピストンリング23の磨耗量が許容範囲であるかどうか比較し(ステップS5)、許容範囲内ならば、正常である旨をモニタ24等に表示(ステップS6)して終了し、許容範囲外ならば、異常である旨をアラーム等の警告手段25で発令する(ステップS7)。
Here, the processing means 9 has a processing method shown in the flow of FIG. 2. In this processing method, after obtaining a captured image during operation of the operating engine (step S 1), the image information is processed (
更に、処理手段9には、図3のフローに示す別の処理方法があり、この処理方法では、予め、運転機関の停止中(冷帯時)の撮影画像を取得(ステップS11)し、画像情報を画像処理(ステップS12)して基準のピストンリング23の合口寸法(継目寸法)23aを計測し(ステップS13)、更に、運転機関の運転中(熱帯時)の撮影画像を取得(ステップS14)して、画像情報を画像処理(ステップS15)して運転中のピストンリング23の合口寸法(継目寸法)23aを計測し(ステップS16)、夫々、運転機関の停止中(冷帯時)及び運転機関の運転中(熱帯時)でのデータを比較し(ステップS17)、ピストンリング23の線膨張係数に基づいてピストンリング23の平均温度を算出する(ステップS18)。更に、ピストンリング23の平均温度が許容範囲であるかどうか比較し(ステップS19)、許容範囲内ならば、正常である旨をモニタ24等に表示し(ステップS20)て終了し、許容範囲外ならば、異常である旨をアラーム等の警告手段25により発令する(ステップS21)。
Further, the processing means 9 has another processing method shown in the flow of FIG. 3. In this processing method, a captured image obtained when the operating engine is stopped (during cold zone) is acquired in advance (step S 11) The information is subjected to image processing (step S12), and the joint size (seam size) 23a of the
このように、本発明の実施の形態によれば、照明手段5により内燃機関のピストン(ピストンクラウン22、ピストンリング23)を照らすと共に内燃機関の運動に同期させて撮影手段6によりピストンを撮影し、撮影した画像情報を処理手段9により処理するので、内燃機関の運転中のピストンを直接認識し、運転中のピストンの観察、計測、監視を容易に行うことができる。又、内燃機関の運転中によりピストン(ピストンクラウン22)が高速で運動している場合であっても、調整手段8により撮影のタイミングを内燃機関の運動に同期させるので、長時間、同一箇所を継続的に同一のタイミングで観察することができる。更に、ピストン(ピストンクラウン22)へのカーボンの付着状況等による運転期間中のピストンの状態変化を、撮影した画像情報により観察することができると共に、ピストン(ピストンリング23)に、傷、折損、コーティングの剥離等の異常が生じた場合であっても、撮影した画像情報によりピストンの異常を直接認識し、早期に異常を発見することができる。
Thus, according to the embodiment of the present invention, the illumination means 5 illuminates the pistons (
ピストンクラウン22、ピストンリング23、シリンダライナ1、ガスブロー等のピストンを観察するための透過窓4を備え、掃除手段10により透過窓4の汚れを除去すると、内燃機関の運転により透過窓4が汚れる状況であっても掃除により適宜汚れを除去し得るので、内燃機関の運転中のピストンを長時間連続して認識し、運転中のピストンの観察、計測、監視を一層容易に行うことができる。
When the cleaning means 10 removes the dirt of the transmission window 4, the transmission window 4 becomes dirty due to the operation of the internal combustion engine. The
撮影のタイミングを調整し、ピストンクラウン22、ピストンリング23、シリンダライナ1等のピストンの監視位置を変更し得ると、ピストンの監視位置を所望の位置(クランク角度)にし得るので、内燃機関の運転中のピストンを適切に認識し、運転中のピストンの観察、計測、監視を一層容易に行うことができる。
If the monitoring position of the piston such as the
処理手段9は、画像情報からピストンリング23の合口寸法23aを計測すると、合口寸法23aの変化によりピストンリング23の磨耗量を容易に算出することができる。
When the
処理手段9は、運転機関の停止時の画像情報と、運転機関の運転時の画像情報とを比較してピストンリング23の平均温度を算出すると、ピストンリング23の温度上昇を介し、シリンダライナ1とピストンリング23の摺動に異常が発生した場合等の異常を早期に発見することができる。
The processing means 9 compares the image information when the driving engine is stopped and the image information when the driving engine is operating, and calculates the average temperature of the
撮影手段6は、ピストンリング23、ピストンクラウン22、シリンダライナ1を撮影すると、内燃機関の運転中にピストンリング23、ピストンクラウン22、シリンダライナ1を直接認識し、運転中のピストンリング23、ピストンクラウン22、シリンダライナ1の観察、計測、監視を容易に行うことができる。
When the photographing means 6 photographs the
ガスブローを観察すると、内燃機関の運転中にガスブローを直接認識し、運転中のガスブローの観察、計測、監視を容易に行い、結果的に、異常なガスの吹き返しを早期に検出することができる。 When gas blow is observed, gas blow can be directly recognized during operation of the internal combustion engine, and gas blow during operation can be easily observed, measured, and monitored. As a result, abnormal gas blowback can be detected at an early stage.
ピストンクラウン22、ピストンリング23、シリンダライナ1等のピストン又はガスブローの異常により警告情報を発令すると、ピストン等の異常を早期に知らせることができる。
If warning information is issued due to an abnormality in the
尚、本発明のピストンの監視装置及びその監視方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、内燃機関は、ユニフロー型に限定されず、掃排気ポートからピストンを認識し得るならば他の型のもので良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The piston monitoring device and the monitoring method thereof according to the present invention are not limited to the above-described embodiments. The internal combustion engine is not limited to the uniflow type, and can recognize the piston from the scavenging exhaust port. Of course, other types may be used, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
1 シリンダライナ(ピストン)
2 掃気ポート(掃排気ポート)
4 透過窓
5 照明手段
6 撮影手段
8 調整手段
9 処理手段
10 掃除手段
22 ピストンクラウン(ピストン)
23 ピストンリング(ピストン)
23a 合口寸法
1 Cylinder liner (piston)
2 Scavenging port (scavenging and exhausting port)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4
23 Piston ring (piston)
23a Auxiliary dimensions
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JP2010285944A (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Toyota Motor Corp | Control device of internal combustion engine |
WO2022065126A1 (en) * | 2020-09-24 | 2022-03-31 | いすゞ自動車株式会社 | Abutment gap estimation device, abutment gap control device, abutment gap estimation method, and abutment gap control method |
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WO2022065126A1 (en) * | 2020-09-24 | 2022-03-31 | いすゞ自動車株式会社 | Abutment gap estimation device, abutment gap control device, abutment gap estimation method, and abutment gap control method |
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